GaN基材料具有禁带宽度大、电子漂移饱和速率高、介电常数小、导热性能好等特点,非常适合制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成电子器件,在通信、汽车、航空、航天、石油开采以及国防等方面有着广泛的应用前景,特别是GaN材料折射率和消光系数色散关系的研究对GaN基器件尤其是考虑全波段的紫外探测器的研制具有十分重要的意义。虽然有部分研究人员已经对GaN的光学性质做了探讨,但这些研究多针对GaN外延层带隙之下的波段,对带隙及带隙之上的波段的研究尚不明确。因此,有必要引入能够应用于带隙及带隙之上波段的色散公式来描述GaN材料的光学性质,以期获得更为可靠的结果,为GaN基薄膜材料在紫外波段器件中的应用奠定了基础。　　 本论文使用金属有机物气相外延技术(MOVPE)在蓝宝石衬底(0001)面上制备了非掺杂纤锌矿结构GaN薄膜。采用PL、SEM、AFM以及透射谱对GaN薄膜进行表征。PL和透射谱的测试结果表明GaN薄膜的外延质量较好;AFM的结果表明样品表面有明显的层状结构,粗糙度较小;SEM对样品截面的测量结果为椭圆偏振分析提供了相对准确的厚度参考值。　　 本论文将GaN薄膜的椭偏分析流程分为获取椭偏数据、建模、拟合、拟合结果分析四个过程,首先在1.50-6.50 eV光谱范围内,从55°、65°、75°三个入射角对GaN样品进行测量,得到了不同角度下的椭偏原始数据。在入射角为65°,光谱范围1.5.3.0 eV的条件下,用Cauchy、Sellmeier以及Tanguy Extended色散公式对GaN薄膜进行拟合,比较了带隙之下波段的拟合结果,结果表明三者差别不大;进一步本文将光谱范围扩展至全波段(1.5-6.5 eV),选择了对带隙及带隙之上描述更为精确的Tanguy Extended色散公式来分析椭偏数据。结果表明,对于不同的入射角,标准差X2值都远小于1,拟合的各层厚度值与样品实验制备的厚度经验值相吻合。GaN薄膜的禁带宽度Eg均在3.45-3.46 eV范围内,与实验值接近;激子束缚能R值约为20.00 meV,与J.F.Muth等人的结果一致。上述结果说明本文所构建的物理结构模型合理,选用的Tanguy Extended色散公式能较好地描述GaN半导体材料的光学性质,尤其是带边附近的特性。验证了Tanguy Extended公式可以用于分析全波段GaN薄膜的光学性质。提供了不同角度下各向同性的GaN薄膜在1.50-6.50 eV光谱范围内的折射率和消光系数色散关系,弥补了相关研究的不足。　　 通过进一步分析不同角度下各向同性的结果,可以看到,随着入射角度的增大,带隙Eg和激子束缚能R递增;折射率变小而消光系数增大。这些物理参量随入射角度有规律变化,反映了GaN薄膜具有较强的各向异性。为了验证实验样品是否具有较强的各向异性,本文对65。椭偏谱进行了各向异性拟合,将其中的GaN外延层当作具有各向异性的介质进行拟合。从拟合结果可知,o光、P光的折射率和消光系数是有差别的,o光折射率比e光折射率大,带隙之上波段的o光消光系数比e光消光系数小,且差距随着能量的增大有逐渐增大的趋势,提供了GaN薄膜在1.50-6.50 eV光谱范围内的寻常光(o光)和非常光(e光)折射率和消光系数色散关系。由此表明本实验样品确实具有各向异性,在带隙之上的波段会表现得更明显。对消光系数要求严格的GaN薄膜材料紫外波段器件,则应将GaN薄膜材料看作各向异性介质,这样才能有针对性地克服光学各向异性产生的光抽取的问题,从而提升GaN基光电子器件的性能。